月球上挖回来的“土”

李云凤

月球，地球唯一的自然卫星。它的引力主宰着海洋潮汐的起落，它的微光决定着夜间生物的命运。月球究竟“活”了多少时间，很少有人能说得清楚。科学家们一直在关注。

2020年12月，嫦娥五号带着1731克月球岩石样本返回地球。2021年7月，部分样本分31份发放给了13家科研机构。月壤由探月工程地面应用系统的承担单位——中科院国家天文台负责保管，用来展示的月壤样品，直观地看它就是黑乎乎的一片。但是，如果我们把它放到一个高倍显微镜下，我们就会看到一个五彩斑斓的世界。

探月工程三期副总设计师、地面应用系统总师李春来表示，在显微镜下放大10倍以后，我们可以看到一些月尘颗粒本身的特性就不是黑色的了，不同的矿物就会显示出不同的颜色，比如说黄绿色的一般来讲是橄榄石，白色的一般是硅酸铝钠钙这样的矿物，琥珀色的很多是玻璃。月球上的玻璃至少有两种形式的来源，一种是在玄武岩就是岩浆喷出来的时候就变成了玻璃，这种叫火山玻璃。后面再受到一些小天体的撞击，撞击过程中产生了很高的温度，使原来的石头或者是撞击体本身发生了熔融，它再快速冷凝，冷凝成的玻璃我们叫撞击玻璃。通过这些发现就可以初步判断，月球上曾经也有过像火山喷发的情况。

基于嫦娥五号携带的“月球矿物光谱仪”探测的数据，中科院地质与地球物理研究所等单位的研究人员首次获得了月表原位条件下的水含量。他们发现，嫦娥五号采样区的水含量在120 ppm（百万分之一）以下，而从别的地方溅射到采样区的更古老岩石中的水含量约为180 ppm。这就相当于1吨月壤中大约有120克水，1吨岩石中大约有180克水。相关研究成果1月8日在线发表于《科学—进展》。

需要说明的是，“光谱仪所探测到的‘水’是指矿物里的水分子或者羟基，在一定条件下才能转化为我们喝的水。”论文第一作者、中科院地质地球所副研究员林红磊解释道。

嫦娥五号光谱仪对采样区约2米见方的区域进行了光谱观测，观测对象除了月壤之外还有一块没有带回来的岩石。

数据分析结果表明，嫦娥五号采样区的水含量在120 ppm以下，而岩石中的水含量约为180 ppm。“相当于1吨月壤中大约有120克水，1吨岩石中大约有180克水。”林红磊解释道。

那么，这些水又是从哪里来的呢？

结合样品分析，月壤中的水绝大部分是太阳风的贡献。

论文通讯作者之一、地质地球所研究员林杨挺说，太阳风里有很多氢，轰到月面与月壤里的氧结合形成了羟基或者水分子。

月表水的分布可能与纬度高度相关，嫦娥五号是目前返回样品中纬度最高的，这对研究月表水的分布及来源具有重要意义。林杨挺表示，嫦娥六号、嫦娥七号未来将在原位和轨道尺度继续探测月表水的含量、分布，本研究成果也将为嫦娥六号、嫦娥七号的科学目标实现提供支撑。

嫦娥五号任务实现了我国首次月面采样与封装、月面起飞、月球轨道交会对接、携带样品再入返回等多项重大突破，其成功实施标志着我国探月工程“绕、落、回”三步走规划如期完成。

那么，问题来了，嫦娥五号从月亮上挖回来的“土特产”，里面有没有微生物？

“广寒宫里无双树，无热池边不尽香”（《鹧鸪天》 宋·向子湮）。在中国古代传说中，月球虽然是广寒清虚之府，但广寒宫里住着仙子和玉兔，还有桂花飘香。然而，神话之外，在夜空中举目可望的月球上，真的有生物存在吗？

关于在一个星球上是否可能有生命存在的讨论，主要需要考虑三个关键因素：液态水、一系列生命必需元素（如C、H、N、O、P、S等），以及生命产生与存在所需要的某种形式的可利用能量。

回观月球，其环境相比于地球来说极端恶劣。

首先，月球没有大气层。其表面大气压只有地球的十亿分之一，几乎处于真空状态。由于缺少大气层的保护，月球表面昼夜温度相差巨大，“阿波罗15号”在其登陆点探测的月球表面温度最高为374 K（约101℃），最低为92 K（约零下181℃）;而且，月球表面紫外线等宇宙辐照强烈，特别是在太阳风暴期间，太阳紫外线长驱直入，起到了消杀作用。

现在对中国的嫦娥五号带回的月壤进行研究，可以进一步弄清月球的起源，而且能了解月球是否有人类所需要的富矿。因此，研究月壤就不僅“是为知而知”，更能获得有用的知识，具有实用价值，这些就是研究月壤的根本原因。

其次，月球表面至今未发现液态水。月球像地球一样，表面覆盖着一层由疏松的颗粒状岩石构成的物质，被称为月壤层。通过对月探测和月球样品进行分析，科学家们发现月球两极地区存在氢元素富集的现象，氢元素富集可能是源于太阳风注入的氢或一些矿物所含的羟基，也有可能是水冰（由水或融水在低温下固结的冰）以细颗粒形式与月壤混合共存所导致，这是月球存在水的直接证据，但遗憾的是，目前尚未在月球上发现液态水。

最后，月壤中缺乏目前已知的碳基生命所必需的元素。我国科学家对CE3玉兔号月球车粒子激发X射线谱仪（APXS）所获取的数据分析结果显示，其着陆点月壤的元素组成主要包括Si、Ca、Al、Mg、K、P、S、Fe、Ti、Ni、Cr、Mo、Sr、Y、Zr、Nb 16种元素，但缺乏生命必需的C和N等元素。因此，总体而言，月球上存在本土生命的可能性微乎其微。

近期，由中国地质调查局中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心刘敦一研究员和地质所海外高级访问学者澳大利亚科廷大学AlexanderNemchin教授领衔的国际研究团队在嫦娥五号月球样品研究方面取得重大进展。

团队对嫦娥五号月球玄武岩开展了年代学、元素、同位素分析，证明月球在19.6亿年前仍存在岩浆活动，为完善月球演化历史提供了关键科学证据。相关研究论文《嫦娥五号年轻玄武岩的年代与成分》于去年10月8日凌晨在线发表在国际学术期刊《Science》上。

這是以嫦娥五号月球样品为研究对象发表的首篇学术成果，刘敦一研究员与Alexander Nemchin教授为本文的共同通讯作者，车晓超博士是本文的第一作者。

月球的岩浆作用在何时停止，一直是月球演化历史研究中的重大科学问题之一，此前关于月球样品的研究成果并未发现月球存在比29亿年年轻的岩浆活动。

全世界科学家都满怀希望，盼望着从嫦娥五号样品研究中获得更年轻的岩浆事件结果，以完善月球岩浆演化历史。研究团队用详尽的微区原位高分辨率二次离子质谱（SHRIMP）定年数据和坚实的岩石矿物地球化学数据，证明了月球直至19.6亿年前仍存在岩浆活动，使此前已知的月球地质寿命延长了约10亿年。

当人类第一次踏上月球时，科学家便投入到月球的研究当中，对月球的采样物质研究发现，月球中含有的氦-3（氦-3是氦的同位素之一），对地球来说是一种无价之宝的新型能源物质，这一发现让科学家们十分兴奋。

探月工程月球样品备份存储韶山基地的嫦娥五号备份存储样品。 图片|新华社

氦-3是被世界公认的高效、清洁、安全、廉价的核聚变发电燃料。据科学家计算，100吨氦-3所能创造的能源，相当于全世界一年消耗的能源总量。氦-3在地球上的蕴藏量极少，全球已知且容易取用的只有500公斤左右，而早期探测结果表明，月球浅层的氦-3含量多达上百万吨，足够解决人类的能源之忧。实际上，随着人类对月球认识的加深，科学家发现月球氦-3的总储量很可能更多。

不过冷静下来后人们发现，月球氦-3虽多，想用上却不容易。其不仅提取过程复杂，要想大批量运输回来，也面临高昂的成本和许多技术难题。

也有人提出在月球永久光照区建设大规模太阳能电站，不过所需的设备和材料怎样运上去，获取的电能如何突破38万公里距离传输回来，这都是当前技术难以解决的问题。

现在对中国的嫦娥五号带回的月壤进行研究，可以进一步弄清月球的起源，而且能了解月球是否有人类所需要的富矿。因此，研究月壤就不仅“是为知而知”，更能获得有用的知识，具有实用价值，这些就是研究月壤的根本原因。

◎ 来源|北京科技报